装载机冷却风扇变环量设计与流场不均匀性研究

发布时间：2017-04-09 20:14

  本文关键词：装载机冷却风扇变环量设计与流场不均匀性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：装载机冷却系统中的高温工作介质流经散热器,与动力舱内的冷却空气进行对流换热，使其温度保持在正常范围，，保证整机正常工作。动力舱内空气的流动状态对整车热平衡问题是十分重要的。冷却风扇是动力舱内强制空气流动的装置，它改善了舱内空气流动状态，加强了冷却空气与散热器组的对流换热效果，拓展了整车的运行工况和工作地域范围,提高了装载机的市场竞争力。性能优异的冷却风扇不能通过单一的结构参数实现，它往往具有良好的结构参数组合方式，同时它还必须与散热器组有良好的匹配关系，并合理地布置在动力舱中。考虑到以上因素，本文从以下几个方面对冷却风扇流场特性进行了分析与改进，并总结了相关规律。 首先，分析了装载机热平衡问题的严重性，并通过某型装载机动力舱的布置特点说明了冷却空气流动的困难程度；分析了四款装载机常用冷却风扇的结构特点和性能特征，指出风扇发展的三个趋势；总结了国内外冷却风扇空气流动特性的研究现状，引出本文的研究内容。 其次，通过风扇风筒试验和数值模拟方法分析了冷却风扇的性能。利用风扇制造厂商搭建的风扇风筒试验台，在7种不同出口阻力和6种风扇转速的条件下，测量计算并绘制了风扇静压曲线、功率曲线和静压效率曲线；通过数值模拟方法对冷却风扇的性能进行数值模拟，分析了风道内空气的压力分布与速度分布，同时拟合1800r/min风扇转速下风扇的性能曲线，并与试验曲线进行对比，对比发现在高流量条件下，仿真误差在5%以内，验证了数值模拟方法的可行性与正确性。 再次，采用孤立翼型法对冷却风扇进行了变环量设计，并对其叶片进行了前弯改进。通过风道模型对设计风扇的性能进行了数值模拟，重点分析了风扇进出口截面处空气压力和轴向速度的变化，以及叶片表面静压分布规律。研究表明：环量系数为-0.1的风扇的叶片静压梯度较为均匀，二次流损失较低，在定流量的状态下相比环量系数为-0.2的风扇，静压增大了28.94Pa，全压增大了65.73Pa，静压效率提高了1.49%，全压效率提高了5.74%；在叶片的前弯改进过程中，适当的前弯角可以减小叶顶损失，获得更好的风扇性能，但是过大的前弯角会加剧叶根处涡流，降低工作效率；综合对比分析可知，前弯6°风扇的性能较为优秀。 最后，针对国内某型装载机散热模块和动力舱结构特征，采用变环量设计的优化风扇和相关数值模拟方法，分析总结了冷却风扇与散热器之间的距离、冷却风扇与发动机之间的距离、不同部件组合特征以及不同风扇转速对散热模块阻力特性和散热特性的影响和内在规律。研究表明：当改变冷却风扇与散热器的间距时，空气流量变化不大，空气流速分布对散热器阻力特征影响较大，当间距大于120mm时，流速不均匀系数和散热器压降变化趋势减小；当冷却风扇与发动机的间距增大时，流速不均匀系数有所减小，但散热器压降主要受空气流量影响，当间距从90mm变化到180mm时，空气流量增加了16.60%，散热器压降增加了22.39%；相比工程机械国Ⅱ排放标准，在国Ⅲ排放标准中需要增加中冷器的布置，它降低了冷却液散热器的流量，提高了散热器入口的空气温度，降低了散热器的散热效果；当冷却风扇转速提高时，空气流量增大，散热器入口表面的回流速度增大，回流面积减小，散热模块的散热特性有所提高。
【关键词】：装载机 冷却风扇 流场 变环量设计 不均匀性
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH243
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 引言12-13
• 1.2 冷却风扇研究13-18
• 1.2.1 冷却风扇类型13-15
• 1.2.2 冷却风扇研究现状15-16
• 1.2.3 散热模块研究现状16-17
• 1.2.4 动力舱研究现状17-18
• 1.3 本文研究内容18-19
• 1.4 本章小结19-20
• 第2章 冷却风扇性能分析20-34
• 2.1 引言20
• 2.2 冷却风扇特征20-22
• 2.2.1 冷却风扇结构参数20-21
• 2.2.2 冷却风扇性能参数21-22
• 2.3 冷却风扇性能试验22-26
• 2.3.1 冷却风扇风筒试验22-23
• 2.3.2 试验方法和结果分析23-26
• 2.4 冷却风扇数值模拟方法26-30
• 2.4.1 数值模型建立26-29
• 2.4.2 数值模型计算29-30
• 2.5 冷却风扇数值模拟结果分析30-33
• 2.5.1 数值模拟结果30-32
• 2.5.2 数值模拟结果验证32-33
• 2.6 本章小结33-34
• 第3章 冷却风扇变环量设计34-50
• 3.1 引言34
• 3.2 冷却风扇空气流动特性分析34-39
• 3.2.1 基元级分析34-35
• 3.2.2 径向气流分析35-37
• 3.2.3 流动损失分析37-39
• 3.3 冷却风扇变环量设计39-46
• 3.3.1 冷却风扇设计目标和步骤39-42
• 3.3.2 变环量风扇模型建立42-43
• 3.3.3 数值模拟结果分析43-46
• 3.4 叶片前弯改进46-49
• 3.4.1 前弯风扇模型建立46-47
• 3.4.2 数值模拟结果分析47-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第4章 散热模块气流不均匀性分析50-68
• 4.1 引言50
• 4.2 散热模块空气流动特性分析50-52
• 4.2.1 空气流动基本特征50-51
• 4.2.2 气流速度不均匀性51-52
• 4.3 散热模块阻力特性分析52-62
• 4.3.1 数值模型建立52-53
• 4.3.2 风扇与散热器间距对阻力特性的影响53-56
• 4.3.3 风扇与发动机间距对阻力特性的影响56-57
• 4.3.4 组合部件对阻力特性的影响57-59
• 4.3.5 风扇转速对阻力特性的影响59-62
• 4.4 散热模块散热特性分析62-67
• 4.4.1 组合部件对散热特性的影响62-65
• 4.4.2 风扇转速对散热特性的影响65-67
• 4.5 本章小结67-68
• 第5章 全文总结68-70
• 参考文献70-74
• 作者简介74-76
• 致谢76

【参考文献】

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本文编号：296030